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高温环境下弹簧功能-传感共形位移测量装置及方法

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兵工学报 2024年第2期45卷 662-670页

作者：宁克焱曾强田金山赵攀兰海何家富万丽中国北方车辆研究所先进越野系统技术全国重点实验室北京100072 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 63966部队北京100072

机械装备的位移测量是状态检测和运动控制的关键,基于激光、电涡流、电感和电阻等原理的常规位移测量方法无法应对高端装备紧凑测试空间和高温、油污等恶劣环境条件下的位移测量挑战。基于材料力学与弹簧结构,构建一种新的弹簧功能-传... 详细信息

机械装备的位移测量是状态检测和运动控制的关键,基于激光、电涡流、电感和电阻等原理的常规位移测量方法无法应对高端装备紧凑测试空间和高温、油污等恶劣环境条件下的位移测量挑战。基于材料力学与弹簧结构,构建一种新的弹簧功能-传感共形的位移测量模型,对弹簧整体受力及位移进行分析,确定位移-应变映射关系;基于有限元方法建立弹簧的应变-位移模型,分析弹簧位移测量的敏感点、不同组桥形式、位移激励频率等因素影响;通过搭建电液伺服高频冲击试验台,在扫频和加热工况下进行弹簧位移测量装置及方法的有效性和动态性能测试。试验结果表明:加载频率在100 Hz及以下时测试精度可达0.06 mm,高温适应性不低于275℃;经车用干片式制动器高温制动试验应用验证,在工作温度160℃以上仍能实时稳定获取机构的动态位移信号,为高温制动器状态检测及其故障诊断提供了嵌入式测试技术支撑;该共形位移测量方法在高温条件下具有良好的线性度和精度,为紧凑空间及高温等恶劣环境下位移测量提供了一种有效方法,尤其是在具有弹簧等弹性元件的情况下能够实现对原系统无影响的嵌入式测试。

关键词：弹簧位移测量应变高温制动

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基于特征波长快速筛选的润滑油金属元素的激光诱导击穿光谱定量分析研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 471-478页

作者：刘耀鸿傅骁段发阶黄锦幡闫钰李欣天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072 中国北方发动机研究所天津300400

润滑油中的金属元素能够直接反映机械结构磨损状态和位置,对其定量分析是实现故障预警和诊断的有效手段。基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术,采用相关系数初遴选(CCPS)快速缩小特征波长范围,再结合迭代预测权重偏最小二乘法(IPW-PLS)、无... 详细信息

润滑油中的金属元素能够直接反映机械结构磨损状态和位置,对其定量分析是实现故障预警和诊断的有效手段。基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术,采用相关系数初遴选(CCPS)快速缩小特征波长范围,再结合迭代预测权重偏最小二乘法(IPW-PLS)、无信息变量消除法(UVE)、竞争性自适应重加权法(CARS)等算法精确提取特征波长,实现特征波长的快速有效筛选,最后基于偏最小二乘法(PLS)建立润滑油金属元素的定量分析模型,实现润滑油金属元素定量分析。针对7种润滑油标样开展元素分析实验,结果表明,提出的CCPS方法能有效提高特征波长选择效率,运行时间减少50%以上,CCPS-IPW-PLS的相关系数RP2、预测集均方根误差RMSEP值分别为0.9945、25.1678μg/g,CCPS-UVE的RP2、RMSEP值分别为0.9790、52.7363μg/g,CCPS-CARS的RP2、RMSEP值分别为0.9939、25.0996μg/g,证明了所提方法具有较好的准确度和特征波长选择效率,为实现润滑油的快速、便携、准确检测提供了新途径。

关键词：激光诱导击穿光谱特征波长润滑油波长筛选定量分析

光纤锁模激光器:从单模时域耗散孤子锁模到多模时空耗散孤子锁模(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 69-83页

作者：高晨心曹博鲍成英杨昌喜肖晓晟清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084 北京邮电大学电子工程学院信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

在光纤锁模激光器中,模式相位锁定产生周期短脉冲的过程称为锁模过程,产生的脉冲在广义上被称为“光耗散孤子”。光纤锁模激光器从传统的单模光纤锁模激光器发展到了多模光纤锁模激光器,锁模机理从一维(1D)时域耗散孤子锁模发展到了(3+1... 详细信息

在光纤锁模激光器中,模式相位锁定产生周期短脉冲的过程称为锁模过程,产生的脉冲在广义上被称为“光耗散孤子”。光纤锁模激光器从传统的单模光纤锁模激光器发展到了多模光纤锁模激光器,锁模机理从一维(1D)时域耗散孤子锁模发展到了(3+1)维时空耗散孤子锁模。通过深入理解耗散孤子的产生机理,有望进一步推动光纤锁模激光器在科学和应用领域的发展,为更多领域带来更多创新和可能性。首先介绍单模光纤锁模激光器中的一维时域耗散孤子锁模,探讨不同色散区域中时域耗散孤子的产生机理;随后介绍多模光纤锁模激光器中时空耗散孤子的最新研究成果,讨论模间色散的补偿方法,揭示其丰富的时空锁模机理和潜在的应用场景;最后对光纤锁模激光器的发展前景进行展望。

关键词：激光器光纤锁模激光器耗散孤子锁模机理非线性光学

无机材料飞秒激光3D打印技术研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 206-226页

作者：侯郑为刘少峰林琳涵李正操孙洪波清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器全国重点实验室北京100084 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012

飞秒激光三维(3D)打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点,在复杂微纳3D结构制造上难以替代,基于双光子聚合打印技术,已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无... 详细信息

飞秒激光三维(3D)打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点,在复杂微纳3D结构制造上难以替代,基于双光子聚合打印技术,已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无机光敏材料的发展,高无机功能材料占比的飞秒激光3D打印为高性能器件制备提供了更多的可能性,极大拓展了微纳3D制造的应用能力。围绕近年来基于无机材料体系的飞秒激光3D打印方法,从无机组分工艺、激光打印能力、无机功能材料体系及应用等方面总结现有飞秒激光3D打印微纳器件应用、发展前景及面临的挑战,并展望飞秒激光打印无机3D微纳结构的新材料、新方法、新应用。

关键词：激光技术飞秒激光 3D打印纳米技术无机材料功能材料

激光表面处理对铝-铝粘接接头剪切强度的影响

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：于贵申陈鑫唐悦赵春晖牛艾佳柴辉那景新吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室中国北方车辆研究所系统总体技术部

激光烧蚀处理是提高接头胶接性能的有效界面处理方法，但是针对激光处理工艺对粘接接头剪切强度的影响机制尚不明确。为此，本研究针对薄板拉伸剪切过程中的面外弯曲，开发了粘接接头剪切强度的测试夹具。并通过界面微结构，界面润湿性... 详细信息

激光烧蚀处理是提高接头胶接性能的有效界面处理方法，但是针对激光处理工艺对粘接接头剪切强度的影响机制尚不明确。为此，本研究针对薄板拉伸剪切过程中的面外弯曲，开发了粘接接头剪切强度的测试夹具。并通过界面微结构，界面润湿性及粘接接头的断裂机制，阐明了激光表面处理工艺对铝-铝粘接接头剪切强度的影响。结果表明：粘接接头的剪切强度受到界面粗糙度和表面润湿性的共同作用。采用激光能量密度为Φ=82.6 J/cm2，45°+135°的形貌，以及重叠率ψ为-25%的工艺参数获得最高的剪切强度(～24.51 MPa)。相较于轧制表面(～11.74 MPa)，接头的剪切强度提高了108.7%。

关键词：车辆工程铝合金连接粘接接头剪切强度浸润性粗糙度

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微加速度计电磁力反馈系统设计与仿真分析

仪表技术与传感器 2024年第5期 7-11页

作者：沈富明赵锐石云波祖凯旋刘豪张旭张志峰中北大学电子测试技术重点实验室山西北方机械制造有限责任公司

针对电容式加速度传感器的闭环控制需求,设计了一种电磁反馈系统,以满足用于惯性导航的高精度加速度传感器的需求。该系统保证了加速度传感器具有高机械灵敏度的同时,还能拓宽其量程。建立了电容式微机电系统(MEMS)加速度传感器的闭环... 详细信息

针对电容式加速度传感器的闭环控制需求,设计了一种电磁反馈系统,以满足用于惯性导航的高精度加速度传感器的需求。该系统保证了加速度传感器具有高机械灵敏度的同时,还能拓宽其量程。建立了电容式微机电系统(MEMS)加速度传感器的闭环控制模型,并对电磁结构进行了有限元分析。仿真结果表明:线圈电流为277.3μA时,电磁力达到了1.509 mN。当输入反馈电压为-19.1~19.1 mV时,反馈系统能实现加速度传感器在±5g(g=9.8 m/s^(2))范围内的闭环控制。计算表明加速度传感器敏感结构的机械噪声为1.22×10^(-8)g/Hz^(1/2)。利用Simulink分析可知,在±5g范围内,电容式MEMS加速度传感器闭环控制系统的反馈电压与输入加速度具有良好的线性关系,其灵敏度为3.8 mV/g。

关键词：加速度计电磁力反馈有限元仿真量程

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仿虾螯式抗冲击微加速度传感器设计

机械强度 2024年第2期46卷 410-415页

作者：张旭赵锐石云波祖凯旋张洁宇闫晓朋中北大学电子测试技术国防科技重点实验室太原030051 山西北方机械制造有限责任公司太原030000

针对外弹道信息测量过程中,低量程微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)加速度传感器在上万g_n过载环境下的损坏问题,提出了一种仿虾螯式抗冲击微加速度传感器,可以实现抗过载30000g_n、量程50g_n的指标要求。有限元仿真... 详细信息

针对外弹道信息测量过程中,低量程微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)加速度传感器在上万g_n过载环境下的损坏问题,提出了一种仿虾螯式抗冲击微加速度传感器,可以实现抗过载30000g_n、量程50g_n的指标要求。有限元仿真结果表明,在50g_n载荷作用下,加速度计敏感单元位移为0.99μm,灵敏度为0.124 pF/g_n;引入仿虾螯式抗冲击缓冲结构的加速度传感器在30000g_n过载作用下承受的等效应力的最大值从1022.5 MPa降低至84.326 MPa,有效地提高了该传感器件的可靠性。

关键词：加速度计抗冲击电容式低量程仿生缓冲结构微机电系统

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太赫兹混频器噪声系数测量

中国光学（中英文） 2024年第4期17卷 943-949页

作者：陶星宇刘文杰孙粤辉秦菲菲宋青娥赵泽宇刘丽娟陈天香王云才广东工业大学信息工程学院先进光子技术研究院广东广州510006 广东工业大学通感融合光子技术教育部重点实验室广东广州510006 广东工业大学广东省信息光子技术重点实验室广东广州510006 电子测试技术重点实验室山东青岛266555

噪声系数是评价高频电子器件传输信号性能的重要参数,随着工作频率的增加,高频电子器件的噪声系数通常会增大,现有噪声源的超噪比无法满足测量需求。为了实现高频电子器件噪声系数的测量,本文基于非相干光混频技术,将三束非相干光耦合... 详细信息

噪声系数是评价高频电子器件传输信号性能的重要参数,随着工作频率的增加,高频电子器件的噪声系数通常会增大,现有噪声源的超噪比无法满足测量需求。为了实现高频电子器件噪声系数的测量,本文基于非相干光混频技术,将三束非相干光耦合进入单行载流子光电二极管,研制了220~325 GHz高超噪比且可调谐的太赫兹光子噪声源,超噪比可调谐至45 dB。通过Y因子法将其应用于大噪声系数、负变频增益太赫兹混频器噪声系数的测量。测量得到太赫兹混频器噪声系数的范围为16~32 dB,变频增益约为-13 dB,测量不确定度为0.43 dB。研制的高超噪比且可调谐的太赫兹光子噪声源,能够满足大噪声系数太赫兹电子器件的测量需求,对太赫兹电子器件噪声系数的测量以及指导器件的进一步优化有着重要的作用。

关键词：噪声系数噪声源太赫兹混频器光混频 Y因子法

基于远心成像与随机森林的磨粒图像在线检测技术

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激光与光电子学进展 2024年

作者：曹卓然段发阶傅骁牛广越天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室

针对滑油磨粒图像检测中因视场受限导致的检测效率较低问题，本文提出了一种基于远心成像的磨粒图像检测方法。基于远心成像原理，分析了景深与放大倍率对流道深度、检测视场和像素精度的影响；采用物方远心镜头替代传统结构中的显微镜... 详细信息

针对滑油磨粒图像检测中因视场受限导致的检测效率较低问题，本文提出了一种基于远心成像的磨粒图像检测方法。基于远心成像原理，分析了景深与放大倍率对流道深度、检测视场和像素精度的影响；采用物方远心镜头替代传统结构中的显微镜头，设计了专用的磨粒检测微流道结构，搭建了基于远心成像的磨粒图像在线检测系统，在保证分辨率的同时获得了更大的视场和流道深度，提高了检测效率；对采集的图像进行了预处理，依据磨粒的形态学特征，基于随机森林(RF)算法将磨粒分为了正常磨粒、疲劳磨粒、切削磨粒和球状磨粒四类；探究了决策树数目和特征数目对分类效果的影响，根据结果进行了参数优化。实验结果显示，该系统能够在2.1mm×1.8mm的视场和0.2mm的流道深度下实现磨粒的检测，与K最近邻(KNN)和支持向量机(SVM)两种机器学习算法相比，RF算法的表现更加优异，磨粒的分类准确率达到了93.75%，验证了方法的有效性和实用性，为磨粒图像在线检测提供了新的解决思路。

关键词：滑油系统磨粒分类图像在线检测远心成像随机森林